藻類の太陽光エネルギーの高効率な伝達状態を解明~巨大タンパク質複合体の単離と光エネルギー移動の詳細~

ad

2025-09-10 理化学研究所,東北大学,熊本大学,豊橋技術科学大学

理化学研究所らの国際共同研究チームは、藻類が太陽光を効率的に利用する仕組みを解明した。研究対象は、光捕集複合体フィコビリソーム(PBS)と水分解を担う光化学系Ⅱ(PSⅡ)が結合した「PBS-PSⅡ超複合体」。温泉由来の好熱性シアノバクテリア Thermosynechococcus vulcanus からこの超複合体を単離する新たな調製法を確立し、電子顕微鏡構造解析と時間分解蛍光測定を実施した。その結果、PBS先端のフィコシアニンで吸収された光エネルギーがアロフィコシアニンを経由し、超高速(ピコ~ナノ秒)でPSⅡへ効率的に伝達される経路が明らかになった。また、エネルギーの一部が迂回的に「トラッピングサイト」を通ることも確認された。本成果は、天然光合成の分子機構を明確にすると同時に、高効率な人工光合成デバイス設計への応用が期待される。成果は Plant and Cell Physiology に掲載。

藻類の太陽光エネルギーの高効率な伝達状態を解明~巨大タンパク質複合体の単離と光エネルギー移動の詳細~
T. vulcanusからのPBS-PSⅡの調製とその全体構造

<関連情報>

好熱性シアノバクテリアにおけるフィコビリソーム-光化学系II巨大複合体の調製、構造解析、超高速エネルギー移動ダイナミクス Preparation, structural characterization, and ultrafast energy transfer dynamics of the phycobilisome–photosystem II megacomplex in a thermophilic cyanobacterium

Keisuke Kawakami, Miki Bandou-Uotani, Masatoshi Kida, Yoshihiro Kato, Yuma Hirota, Yuu Hirose, Daisuke Kosumi, Koji Yonekura
Plant and Cell Physiology  Published:10 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/pcp/pcaf076

Abstract

Phycobilisome (PBS) is a water-soluble light-harvesting supercomplex found in cyanobacteria, glaucophytes, and rhodophytes. PBS interacts with photosynthetic reaction centers, specifically photosystems II and I (PSII and PSI), embedded in the thylakoid membrane. It is widely accepted that PBS predominantly associates with PSII, which functions as the initial complex in the linear electron transport chain. Structures of various types of PBSs with different morphologies and/or absorption properties have been reported using cryo-electron microscopy and X-ray crystallography. However, the detailed energy transfer process between PBS and PSII remains to be elucidated due to the lack of a reliable preparation method for PBS-PSII megacomplexes, in which PBS and PSII interact with each other. In this study, we established a new method for isolating the PBS-PSII megacomplex using ammonium sulfate and dodecyl-α-D-maltoside as a stabilizing reagent and a detergent, respectively. In addition, we evaluated the detailed energy transfer mechanism in the PBS-PSII megacomplex, revealing the rate constants of the funnel-type excitation energy transfer from PBS to PSII. The method will enhance our understanding of the biochemical properties and energy transfer dynamics of diverse PBS-PSII megacomplexes.

生物化学工学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました